一種無機(jī)化合物晶體RbSb5S8及其制備方法、應(yīng)用技術(shù)

本申請(qǐng)公開了一種無機(jī)化合物晶體RbSb

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種無機(jī)化合物晶體RbSb5S8及其制備方法、應(yīng)用
本申請(qǐng)涉及一種無機(jī)化合物晶體及其制備方法、應(yīng)用，屬于非線性光學(xué)材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
具有二階非線性光學(xué)(NLO)性質(zhì)的開關(guān)材料因其在傳感器，信號(hào)處理，存儲(chǔ)器和光器件領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。在過去的十幾年里，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種NLO開關(guān)材料如Kx(NH4)2-xPO3F(x＝0-0.3)、Li9Na3Rb2(SO4)7、有機(jī)鹽(Hdabco+)(CF3COO-)、NH4[(CH3)4N]SO4·H2O等。這些化合物在紫外線和可見光區(qū)域具有良好的光學(xué)透過性。但是，由于化合物中涉及的含碳和氧的化學(xué)鍵存在振動(dòng)激發(fā)，因此不能應(yīng)用于紅外(IR)區(qū)域。所以，IRNLO開關(guān)材料的探索已成為NLO材料研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。在理想的IRNLO材料的所有性能要求中，大的非線性效應(yīng)和高的激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)是兩個(gè)重要的方面，但由于其固有的不相容性，因此很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)。此外，在具有晶態(tài)-玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的開關(guān)材料中，開關(guān)的可逆性和NLO開關(guān)比是NLO開關(guān)材料的兩個(gè)重要指標(biāo)。由于開關(guān)比與NLO-on和NLO-off狀態(tài)的NLO效應(yīng)有關(guān)，因此同時(shí)獲得具有良好的NLO性能和開關(guān)性能的材料是比較困難的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本申請(qǐng)的第一個(gè)方面，提供一例無機(jī)化合物晶體RbSb5S8。該無機(jī)化合物晶體非線性效應(yīng)是商用AgGaS2的1.1倍(在已知的非線性光學(xué)開關(guān)材料中是最高的)，激光損傷閾值是商用AgGaS2的7.1倍，非線性開光比是665，經(jīng)過3次晶態(tài)和玻璃態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變，非線性效應(yīng)沒有明顯的衰減，其開關(guān)的可逆性良好。該化合物同時(shí)具有良好的NLO性能和開關(guān)性能，是潛在的紅外非線性光學(xué)開關(guān)材料。一種無機(jī)化合物晶體，所述的無機(jī)化合物晶體的化學(xué)式RbSb5S8，屬于單斜晶系，空間群為Pn。可選地，所述無機(jī)化合物晶體的晶胞參數(shù)為Z＝2。可選地，晶胞參數(shù)為可選地，具體地，晶胞參數(shù)為α＝γ＝90°，β＝91.822(2)°，Z＝2。所述無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示。無機(jī)化合物晶體RbSb5S8是一種二維波浪形的層狀結(jié)構(gòu)：由多個(gè)[SbS3]、[SbS4]和[SbS5]單元共角和共邊形成的，Rb離子作為電荷補(bǔ)償離子通過離子鍵將這些層狀結(jié)構(gòu)連接起來。理論計(jì)算表明，RbSb5S8的NLO性能主要源于這種層狀結(jié)構(gòu)。此外，[SbS]基團(tuán)的多種配位環(huán)境和較寬的鍵長(zhǎng)范圍有利于形成具有低能壘的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，因此很容易被熱誘導(dǎo)而引發(fā)相變。根據(jù)本申請(qǐng)的第二個(gè)方面，提供了一種上述所述的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的制備方法。該制備方法過程簡(jiǎn)單，可得到高純度、高結(jié)晶度的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8材料。所述的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的制備方法，將含有鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的原料混合物，在1×10-4～2×10-4Pa壓強(qiáng)條件下，于900℃～1000℃溫度下發(fā)生反應(yīng)，降溫得到。可選地，所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：Ba：Sb：S：Rb＝0.1～3：0.5～4：0.8～6：1。可選地，所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：Ba：Sb：S：Rb＝0.12～2：0.6～3.5：1～5.5：1；可選地，所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：Ba：Sb：S：Rb＝1.5：2.5：4：1。可選地，所述原料混合物中，鋇元素來自鋇單質(zhì)、氯化鋇、硫化鋇中的至少一種；銻元素來自銻單質(zhì)、硫化銻中的至少一種；硫元素來自硫單質(zhì)、硫化銻中的至少一種；銣元素來自銣單質(zhì)、氯化銣中的至少一種。可選地，所述原料混合物中，鋇元素來自鋇單質(zhì)和/或氯化鋇，銻元素來自銻單質(zhì)，硫元素來自硫單質(zhì)，銣元素來自氯化銣。其中，鋇單質(zhì)和氯化鋇作為助熔劑。可選地，鋇單質(zhì)、銻單質(zhì)、硫單質(zhì)、氯化銣的摩爾比為：Ba：Sb：S：RbCl＝1：4～6：8～10：7～9。可選地，鋇單質(zhì)、銻單質(zhì)、硫單質(zhì)、氯化銣的摩爾比為：Ba：Sb：S：RbCl＝1：5：9：8。可選地，鋇單質(zhì)、銻單質(zhì)、硫單質(zhì)、氯化銣、氯化鋇的摩爾比為：Ba：Sb：S：RbCl：BaCl2＝1：8～12：14～18：2～5：3～6。可選地，鋇單質(zhì)、銻單質(zhì)、硫單質(zhì)、氯化銣、氯化鋇的摩爾比為：Ba：Sb：S：RbCl：BaCl2＝1：10：16：4：5。可選地，鋇單質(zhì)、銻單質(zhì)、硫單質(zhì)、氯化銣、氯化鋇的摩爾比為：Ba：Sb：S：RbCl：BaCl2＝1：10：16：3：4。可選地，所述反應(yīng)的溫度為920℃～980℃，反應(yīng)的時(shí)間為80～110h。可選地，所述反應(yīng)的溫度為940～960℃，反應(yīng)的時(shí)間為90～100h。可選地，所述反應(yīng)的溫度獨(dú)立地選自900℃、920℃、940℃、960℃、980℃、1000℃中的任意值或任意兩者之間的范圍值。可選地，所述反應(yīng)的時(shí)間獨(dú)立地選自80h、84h、88h、90h、94h、96h、98h、100h、104h、108h、110h中的任意值或任意兩者之間的范圍值。可選地，所述降溫的速率為0.5～10℃/h。可選地，所述降溫的速率為0.5～6℃/h。可選地，所述降溫的速率獨(dú)立地選自0.5℃/h、1℃/h、1.5℃/h、2℃/h、2.5℃/h、3℃/h、3.5℃/h、4℃/h、4.5℃/h、5℃/h、6℃/h、7℃/h、8℃/h、9℃/h、10℃/h中的任意值或任意兩者之間的范圍值。可選地，所述無機(jī)化合物晶體RbSb5S8為深紅色晶體。作為一種具體地實(shí)施方式，所述的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的制備方法如下：將鋇、銻、硫、氯化銣和氯化鋇的原材料按照摩爾比Ba：Sb：S：RbCl：BaCl2＝1：10：16：4：5的比例配料并混合均勻后，裝入石英管中抽真空至10-4Pa封管，放入馬弗爐中緩慢加熱至950℃，保溫96小時(shí)后關(guān)掉馬弗爐緩慢冷卻至室溫，得到化學(xué)式為RbSb5S8的化合物。根據(jù)本申請(qǐng)的第三方面，提供了一種紅外非線性光學(xué)開關(guān)材料。一種紅外非線性光學(xué)開關(guān)材料，所述紅外非線性光學(xué)開關(guān)材料包括上述所述的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8和/或根據(jù)上述所述的無機(jī)化合物晶體的制備方法制備得到的無機(jī)化合物晶體RbSb5S8。可選地，所述無機(jī)化合物晶體RbSb5S8經(jīng)過2-5次的晶態(tài)和玻璃態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變，非線性效應(yīng)衰減率低于5％。激光波長(zhǎng)為1910nm時(shí)，所述無機(jī)化合物晶體RbSb5S8可實(shí)現(xiàn)多次晶態(tài)和玻璃態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變，最大開關(guān)比是665。可選地，所述無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的非線性開光比為660～670。該無機(jī)化合物晶體RbSb5S8的非線性開光比是665，經(jīng)過3次晶態(tài)和玻璃態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變，非線性效應(yīng)沒有明顯的衰減，說明開關(guān)的可逆性良好。可選地，所述無機(jī)化合物晶體的玻璃化溫度為200～205℃。...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種無機(jī)化合物晶體，其特征在于，所述的無機(jī)化合物晶體的化學(xué)式RbSb

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無機(jī)化合物晶體，其特征在于，所述的無機(jī)化合物晶體的化學(xué)式RbSb5S8，屬于單斜晶系，空間群為Pn。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)化合物晶體，其特征在于，所述無機(jī)化合物晶體的晶胞參數(shù)為Z＝2；
優(yōu)選地，晶胞參數(shù)為
優(yōu)選地，


3.權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的無機(jī)化合物晶體的制備方法，其特征在于，將含有鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的原料混合物，在1×10-4～2×10-4Pa壓強(qiáng)條件下，于900℃～1000℃溫度下發(fā)生反應(yīng)，降溫得到；
所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：
Ba：Sb：S：Rb＝0.1～3：0.5～4：0.8～6：1。


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無機(jī)化合物晶體的制備方法，其特征在于，所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：
Ba：Sb：S：Rb＝0.12～2：0.6～3.5：1～5.5：1；
優(yōu)選地，所述原料混合物中，鋇元素、銻元素、硫元素、銣元素的摩爾比例為：
Ba：Sb：S：Rb＝1.5：2.5：4：1。


5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無機(jī)化合物晶體的制備方法，其特征在于，所述原料混合物中，鋇元素來自鋇單質(zhì)、氯化鋇、硫化鋇中的至少一種；
銻元素來自銻單質(zhì)、硫化銻中的至少一種；
硫元素來自硫單質(zhì)、硫化銻中的至少一種；
銣元素來自銣單質(zhì)、氯化銣中的至少一種；
優(yōu)選地，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳文發(fā)，郭國(guó)聰，姜小明，劉彬文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：福建;35